Le mouvement volontaire et la plasticité cérébrale
publicité
Le mouvement volontaire et la plasticité cérébrale ! PLAN 1 Le mouvement volontaire : du cortex cérébral à la moelle épinière A) Les aires motrices : des régions corticales spécialisées dans la motricité volontaire obs. : imagerie cérébrale d’une personne en mouvement faisant apparaître des zones activées = aires motrices obs. : stimulation de ces zones cérébrales = déclenchement d’un mouvement particulier. Ex. : mouvement involontaire des doigts après stimulation corticale carte motrice et homonculus : aire motrice divisée en zones spécialisées dans un mouvement particulier pathologies : lésions corticales post-traumatisme et maladies génétiques. Ex. : apraxie et maladie de Parkinson B) Le cheminement du message nerveux moteur : du cerveau au motoneurone en passant par la moelle épinière obs : lésions de la moelle épinière = impossibilité de se mouvoir volontairement. Ex. : paraplégie et tétraplégie cortex gauche contrôlant les mouvements des membres à droite (et vice-versa) message nerveux moteur : neurones corticaux (à gauche) contactant les motoneurones (à droite) de la moelle épinière Transition : le mouvement volontaire est une commande qui naît dans une région spécialisée et précise du cerveau : l’aire motrice. Celle-ci contrôle des mouvements précis grâce à la projection de neurones jusque dans la moelle épinière. Les motoneurones intègrent alors les messages nerveux et les transmettent aux muscles. 2 La commande motrice : l’intégration des informations nerveuses par le motoneurone A) Le motoneurone : un neurone recevant de nombreuses informations nombreuses connexions entre neurones cérébraux et motoneurones : différents messages nerveux possibles autant de synapses existantes B) L’intégration des informations nerveuses : les rôles des synapses excitatrice et inhibitrice synapses excitatrices et/ou inhibitrices agissant sur un motoneurone une synapse n’est généralement pas suffisante pour produire un PA post-synaptique sommations spatiale et temporelle des messages nerveux arrivant au motoneurone C) Motoneurone et fibre musculaire un muscle = plusieurs motoneurones un motoneurone = plusieurs fibres musculaires une fibre musculaire = un unique motoneurone contraction de la fibre dépendante de l’intégration nerveuse réalisée par le motoneurone Transition : le mouvement volontaire est basé sur l’intégration nerveuse de nombreux message par les motoneurones. Ceux-ci peuvent produire ou non des PA en sommant toutes les activités synaptiques qu’ils subissent. Ces PA permettront la contraction de plusieurs fibres musculaires. 3 Motricité et plasticité cérébrale : évolution et récupération des capacités motrices A) La plasticité des aires motrices cérébrales obs. : différences anatomiques naturelles entre deux individus obs. : activations corticales d’intensité et de localisation différentes entre deux individus lors d’une même tâche motricité : fonction cérébrale plastique (comme la vision) B) L’évolution des aires motrices cérébrales : développement, apprentissage, entraînement et récupération contribution de l’inné : part de la génétique dans la réalisation de mouvements. Ex. : un bébé capable de se mouvoir contribution de l’apprentissage : amélioration de la rapidité, de la dextérité, etc. Ex. : violoniste récupération post-traumatique de la motricité par rééducation. Ex. : après un accident vasculaire cérébral (AVC) mécanismes de la plasticité : activation de nouvelles zones corticales, régénération de l’axone et production de nouveaux neurones par des cellules souches cérébrales C) L’évolution de la plasticité cérébrale au cours de la vie maladies neurodégénératives. Ex. : Parkinson et perte progressive de la motricité volontaire par dégénrescence de neurones cérébraux production de nouveaux neurones très limitée : capital neuronal à préserver et à entretenir Bilan : le mouvement volontaire est une commande nécessitant la coopération entre le cerveau (production), la moelle épinière (intégration) et les muscles (action). Cette commande, bien que conservée chez tous les individus, est plastique : elle évolue au cours de la vie par des processus d’apprentissage, d'entraînement mais aussi de pertes neuronales (maladies neurodégénératives). Le mouvement volontaire et la plasticité cérébrale ! HISTOIRE DES SCIENCES 1875 - 1950 Développement de la technique d’électro-encéphalographie : mesure l’activité électrique cérébrale par des électrodes en surface du cuir chevelu 1896 Découverte de la radioactivité par H. Becquerel 1940 Description du phénomène de résonnance magnétique nucléaire (RMN, cf. cours de physique) 1950 Invention de la tomographie par émission de positon (TEP) basée sur la radioactivité d’un traceur injecté chez le patient 1968 Invention de la technique de magnéto-encéphalographie (MEG) qui permet de mesurer le champ magnétique induit par l’activité électrique cérébrale 1973 Invention de la technique d’imagerie par résonance magnétique (IRM) anatomique : permet de visualiser la structure interne in vivo du cerveau 1992 Invention de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) : permet de visualiser les zones activées du cerveau 2007 Invention de la technique du « Brainbow », une méthode génétique de coloration de chaque neurone Le mouvement volontaire et la plasticité cérébrale ! SCHÉMAS Aire et carte motrices corticales cérébrales Au niveau du cortex cérébral, des expériences de mesure d’activité cérébrale et de stimulations ont permis d’identifier des zones spécifiques de mouvements. C’est ainsi qu’on est capable de représenter la carte motrice cérébrale par un homonculus moteur où chaque partie du corps est associée à une partie de l’aire motrice. L’acheminement du message nerveux moteur Le message nerveux moteur naît au niveau de l’aire motrice cérébrale associée au mouvement en question et se propage le long d’un axone cortical. Il est alors transmis à un motoneurone de la moelle épinière qui intègre plusieurs messages. Il contacte ensuite le muscle effecteur du mouvement. Intégration du message moteur : synapses excitatrices et inhibitrices Lors de l’intégration du message nerveux, un motoneurone reçoit des informations provenant d’une ou plusieurs synapses. Les PA produits par le motoneurone sont dépendants de processus de sommations spatiale (plusieurs synapses en même temps) ettemporelle (fréquence d’activation d’une même synapse). Le mouvement volontaire et la plasticité cérébrale ! MÉTHODOLOGIE Mise en évidence d’une aire motrice associée à un mouvement avec le logiciel EduAnatomist Observer la structure du cerveau Utilise une image cérébrale obtenue par IRM anatomique : elle permet de repérer les structures cérébrales les unes par rapport aux autres. Pour cela, ouvre une image d’IRM anatomique. Ex. : fichier nommé « IRMsujet13121anat.img » 1 Observer l’activité cérébrale Utilise une image cérébrale obtenue par IRM fonctionnelle : elle permet de répérer les zones plus activées que normalement lors d’un mouvement. Pour cela, ouvre une image d’IRM fonctionnelle correspondant au sujet précédent. Ex. : fichier nommé « IRMsujet13121fonctionSomatotopiePouceDroit.img » 2 Définir les seuils d’activation Permet de détecter les zones qui sont activées de manière significative par rapport à un témoin immobile. Les seuils inférieurs et supérieurs sont donnés dans la description du fichier d’IRM fonctionnelle. Ex. : seuil inférieur = 80 et seuil supérieur = 100. 3 Zoomer sur la (les) zone(s) activée(s) 1. Repère une zone colorée sur l’une des trois coupes. 2. Clique sur cette zone dans chaque coupe pour la visualiser en entier. 3. Dans le cadre d’une expérience où un sujet a réalisé un mouvement, cherche cette zone en surface du cerveau. 4 Conclure sur le lien mouvement - cortex 5 Fais le parallèle entre le mouvement réalisé et la zone du cerveau activée. Ici, le mouvement du pouce droit est corrélé à l’activation d’une zone corticale de l’hémisphère gauche. C'est l’aire motrice associée au pouce droit. Le mouvement volontaire et la plasticité cérébrale ! DÉFINITIONS Accident vasculaire cérébral (AVC) Maladie due à un trouble de la circulation sanguine dans le cerveau et pouvant causer des lésions cérébrales (notamment des aires motrices). Aire motrice Région du cortex cérébral impliquée dans la motricité. Elle se situe en surface, au milieu du cerveau et s’étend sur sa droite et sa gauche. Imagerie cérébrale Technique de visualisation de l’anatomie et de l’activité du cerveau. On peut citer l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Intégration nerveuse Processus par lequel un neurone produit ou non des PA en fonction des informations nerveuses qu’il reçoit. Cette intégration est réalisée par sommation spatiale et temporelle des activités synaptiques au niveau de son corps cellulaire. Plasticité cérébrale Capacité du cerveau à modifier, réorganiser ses circuits nerveux associés à des fonctions telles que la vision ou la motricité. Cette plasticité est permise par des phénomènes génétiques, d’apprentissage, d'entraînement et de rééducation. Sommation spatiale Processus par lequel un neurone intègre des informations nerveuses issues de plusieurs synapses à un instant donné. Sommation temporelle Processus par lequel un neurone intègre des informations nerveuses issues d’une même synapse mais à des moments différents. Synapse excitatrice Synapse augmentant la probabilité d’un neurone post-synaptique à produire des PA. Synapse inhibitrice Synapse diminuant la probabilité d’un neurone post-synaptique à produire des PA.
